3. Водородная связь
3.1. Природа водородной связи. Роль водородной связи в живой природе
Водородная связь – это дополнительная химическая связь между положительно поляризованным атомом водорода и отрицательно поляризованным атомом элемента с высокой электроотрицательностью (чаще всего фтора, кислорода или азота) в составе одной или разных молекул. [10.].
Еще в XIX веке было замечено, что соединения, в которых атом водорода непосредственно связан с атомами фтора, кислорода и азота, обладают рядом аномальных свойств. Это проявляется, например, в значениях температур плавления и кипения подобных соединений. Обычно в ряду однотипных соединений элементов, данной подгруппы, температуры плавления и кипения с увеличением атомной массы элемента возрастают. [11.].
Водородная связь слабее, чем одинарная ионная и ковалентная связи, но сильнее, чем обычные вандерваальсовые силы межмолекулярного притяжения.
Ион водорода, осуществляющий водородную связь, обычно плотнее связан с одним из двух электроотрицательных атомов, которые он удерживает вместе. [12.].
Благодаря образованию межмолекулярных водородных связей плотностью воды при переходе из жидкого состояния в твёрдое уменьшается. Этим объясняется тот факт, что лёд легче воды. Поэтому водоёмы не промерзают зимой до дна, тем самым, сохраняя жизнь водным обитателям. [13.].
3.2. Молекулярные комплексы и их роль в метаболических процессах
Молекулярные комплексы с переносом заряда (КПЗ) имеют большое значение для химических систем, содержащих обширные сопряжённые орбитали π-электронов. Подобные комплексы могут быть использованы как фотокатализаторы, органические полупроводники.
Молекулярный комплекс – это большая группа комплексов, образующихся за счёт слабого взаимодействия различных классов органических веществ, выступающих в роли донора электронов, с другими веществами, действующими в качестве акцепторов. [14.].
4. Кристаллическое, жидкое и аморфное состояния веществ
4.1. Атомная и молекулярная кристаллические решетки
Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы, соединённые ковалентными связями.
Такой тип решётки имеет алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода. К веществам с атомной кристаллической решёткой относятся графит, кремний, бор и германий, а также сложные вещества, например, карборунд SiC и кремнезём, кварц, горный хрусталь, песок, в состав которых входит оксид кремния(IV) SiO2.
Таким веществам характерны высокая прочность и твёрдость. Так, алмаз является самым твёрдым природным веществом.
У веществ с атомной кристаллической решёткой очень высокие температуры плавления и кипения. Например, температура плавления кремнезёма –1728 °С, а у графита она выше – 4000 °С.
Атомные кристаллы практически нерастворимы.
Кристаллическая решётка алмаза:
Молекулярными называют решётки, в узлах которых находятся молекулы, связанные слабым межмолекулярным взаимодействием.
Несмотря на то, что внутри молекул атомы соединены очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому молекулярные кристаллы имеют небольшую прочность и твёрдость, низкие температуры плавления и кипения.
Многие молекулярные вещества при комнатной температуре представляют собой жидкости и газы.
Такие вещества летучи. Например, кристаллические йод и твёрдый оксид углерода(IV) («сухой лёд») испаряются, не переходя в жидкое состояние.
Некоторые молекулярные вещества имеют запах.
Такой тип решётки имеют простые вещества в твёрдом агрегатном состоянии: благородные газы с одноатомными молекулами (He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn), а также неметаллы с двух- и многоатомными молекулами (H2,O2,N2,Cl2,I2,O3,P4,S8).
Молекулярную кристаллическую решётку имеют также вещества с ковалентными полярными связями: вода – лёд, йод, твёрдые аммиак, кислоты, оксиды большинства неметаллов. Большинство органических соединений тоже представляют собой молекулярные кристаллы (нафталин, сахар, глюкоза). [15.].
Кристаллическая решётка йода:
